TRANSPORTE DE GASES E EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE Departamento de Bioquímica e Biologia Molecular Setor de Ciências Biológicas

TRANSPORTE DE GASES Troca de gases ocorre por difusão de acordo com lei de Fick. Em organismo unicelulares ocorre através da membrana plasmática. Com aumento de tamanho dos organismos as distâncias também aumentam necessitam sistemas especializados de transporte. Inviável a troca de gases diretamente com a atmosfera; Existência de uma superfície para trocas (pulmões ou guelras) e um sistema para circulação (gases, nutrientes, resíduos).

ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS ESQUERDO WEST 2002

ESTRUTURA DAS VIAS AÉREAS ZONA DE CONDUÇÃO - ZONA DE RESPIRAÇÃO Superfície pulmonar 70-100 m2 (300 milhões de alvéolos pulmonares); WEIBEL 1963

PRESSÕES PARCIAIS DOS GASES RESPIRATÓRIOS AO NÍVEL DO MAR

Trocas gasosas no sistema respiratório referem-se a DIFUSÃO do O2 e CO2 nos pulmões e nos tecidos periféricos.

Quais os processos de transporte de O2 para os tecidos ?

TRANPORTE DE OXIGÊNIO LEI DE HENRY: trata dos gases dissolvidos em solução. A concentração de gás dissolvido num líquido é diretamente proporcional à sua pressão parcial. 1 L plasma 3 mL de O2 dissolvido

LEI DE HENRY Os gases dissolvidos no plasma obedecem à lei de Henry que estabelece que a solubilidade de um gás em determinado líquido, em determinada temperatura, é proporcional a pressão parcial do gás sobre a solução e a constante de solubilidade (dissociação) deste gás naquele líquido C = quantidade de gás dissolvido no líquido; K = constante de solubilidade; pO2 = pressão parcial do gás; C = K. pO2 Falar do efeito do pH sobre BPG mutase

TRANSPORTE DO OXIGÊNIO Lei de Henry : [O2] = pO2 x k [O2]dissolvido = 100 mmHg x 0, 03 mL O2/L sangue/mmHg [O2] = 3 mL de O2/L sangue Indivíduo em repouso precisa de 250 mL O2/minuto Debito cardíaco = 5 L/minuto 5000 mL/min x 3 mL de O2/ 1000 mL sangue = 15 mL O2/ minuto

TRANSPORTE DO OXIGÊNIO DISSOLVIDO NO PLASMA – 1,5 % COMBINADO COM A HEMOGLOBINA – 98,5%

HEMOGLOBINA E ALOSTERIA Existem duas conformações possíveis para a hemoglobina (R e T). O oxigênio se liga a ela em qualquer uma dessas conformações, mas tem maior afinidade pelo estado R. Quando O2 não esta ligado, o estado T é mais estável (desoxi-hemoglobina). Este estado é estabilizado por uma série de pares iônicos.

TRANSPORTE DE O2 Curva de saturação do O2 pela molécula de Hemoglobina: A Hemoglobina liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão de O2 A curva de saturação não segue cinética Michaeliana devido a fortes interações entre as subunidades da hemoglobina – ligação cooperativa (aumenta a afinidade com aumento de pO2).

Como é a Curva de saturação da Hemoglobina por O2? TRANSPORTE DE O2 Como é a Curva de saturação da Hemoglobina por O2?

TRANSPORTE DE O2 Curva de saturação do O2 pela molécula de Hemoglobina CURVA SIGMOIDE

Curva Sigmoide: a curva não é diretamente proporcional a pO2 devido a fortes interações entre as subunidades da Hb – ligação cooperativa A Hb liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão

CURVA DE DISSOCIAÇÃO DE O2 NO SANGUE

HEMOGLOBINA, UM TRANSPORTADOR Falar das diferenças de pressões

CURVA DE DISSOCIAÇÃO DO OXIGÊNIO SATURAÇÃO % A Hb liga-se a O2 fracamente em baixa tensão e fortemente em alta tensão WEST 2002

Dependência da dissociação do oxigênio da Hemoglobina com as condições químicas e físico-químicas

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende de 1) pH 2) Temperatura 3) CO2 4) 2,3 difosfoglicerato

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende: 1) pH : aumento da acidez da hemoglobina quando ela liga-se ao oxigênio conhecido como efeito BOHR . HHb + O2  HbO2 + H+ pH  , H+  favorece a dissociação de O2

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende: 2) Temperatura: T  - tecidos em atividade metabólica intensa , favorece a dissociação do O2 T  - hipotermia, extremidades do corpo, maior necessidade de O2 , favorece a captura de O2

PCO2  favorece a dissociação de O2 Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende: 3) CO2: aumento da pressão parcial de CO2 diminui afinidade da hemoglobina por O2. Hb-CO2 + O2  HbO2 + CO2 PCO2  favorece a dissociação de O2

Dissociação do oxigênio da Hemoglobina depende: 4) 2,3 difosfoglicerato: normalmente presente no sangue.  2,3 difosfoglicerato ( BPG) promove a dissociação de O2 conformação HHb (estadoT) possui cavidade grande para admitir BPG liga-se firmemente as cargas – da BPG conformação HbO2(estado R) cavidade menor, não acomoda BPG  ATP – promove a dissociação de O2 em peixes  inositol pentafosfato -dissociação de O2 em aves

2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) A produção de 2,3-DPG aumenta em condições de hipóxia

Quais os processos de transporte TRANSPORTE DE CO2 Quais os processos de transporte de CO2 para os tecidos?

TRANSPORTE DE CO2 Processos de transporte de CO2 para os tecidos: 1. DISSOLVIDO EM SOLUÇÃO 2. COMBINADO COM A HEMOGLOBINA (HbCO2) 3. NA FORMA DE BICARBONATO

1. dissolvido em solução – 9% TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS 1. dissolvido em solução – 9%

TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS 2. combinado com a Hemoglobina (HbCO2)– 13% carbaminohemoglobina- formado quando CO2 reage com amino grupos(imidazol da histidina) da Hb  Os sitios de ligação de O2 e CO2 não são os mesmos  quando Hb esta na forma HbO2, maior afinidade por CO2

TRANSPORTE DE CO2 PARA OS TECIDOS 3. como composto na forma de bicarbonato – 78% CO2 + H2O  H2CO3  H+ + -HCO3 DESLOCAMENTO DE Cl - anidrase difunde-se no plasma carbônica para manter neutralidade difusão de ions Cl para interior dos globulos PROCESSOS QUE REGULAM H+ DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO2

TRANSPORTE DO CO2 E LIBERAÇÃO DO O2 CO2 (dissolvido) 9 % Carbamino –hemoglobina HbCO2 13 % HCO3- 78 % WEST 2002

CO2 + H2O  H2CO3  H+ + -HCO3 anidrase PROCESSOS QUE REGULAM H+ DERIVADO DO TRANSPORTE DE CO2 CO2 + H2O  H2CO3  H+ + -HCO3 anidrase carbonica 1- Tamponamento pela hemoglobina - 50% Hb com grupos ionizáveis de valores de pK próximos ao pH dentro da hemácia. 2- Transporte Isoídrico de CO2 - 40% H+ gerado pela dissociação do H2CO3 é captado pela hemoglobina, evitando alteração do pH. HbO2 + H+  HHb + O2 CO2 + H2O  H+ + - HCO3 HbO2 + CO2 + H2O  HHb + O2 + -HCO3 3- Outros mecanismos – 10%

(Hb)

DISTRIBUIÇÃO DO BICARBONATO CAPILARES EXTRAPULMONARES CAPILARES PULMONARES Plasma Eritrócito Efluxo de bicarbonato dos eritrócitos e influxo de cloretos para os eritrócitos Efluxo de cloreto dos eritrócitos e influxo de bicarbonato para os eritrócitos

TRANSPORTE de O2 e TROCA ISOÍDRICA de CO2

Artetrial Venoso

(Hb)

DISTÚRBIOS RESPIRATÓRIOS          Hipóxia (baixo teor de oxigênio) Pressão parcial reduzida do oxigênio no ar Anormalidades pulmonares que reduzem a difusão do oxigênio para o sangue Diminuição de hemoglobina Incapacidade cardíaca de bombeamento adequado de sangue Incapacidade dos tecidos em utilizar o oxigênio

Pneumonia (Infecção nos pulmões) Aumento de exsudato infeccioso (edema e inflamação) Impede absorção do ar alveolar para o sangue

Edema Pulmonar (líquido nos espaços intersticiais do pulmão e alvéolos) Normalmente por pressão capilar pulmonar muito elevada (insuficiência do ventrículo esquerdo) Líquido sai dos capilares para os tecidos e alvéolos pulmonares Bloqueio do transporte pela membrana Morte pode ocorrer de 20 a 40 minutos

CONTROLE NO TRANSPORTE Alterações na concentração de H+, BPG e CO2 têm efeitos semelhantes sobre a ligação com de O2. Falar do efeito do pH sobre BPG mutase

Desequilíbrio de pH O pH normal do sangue arterial é 7.35 – 7.45 pH abaixo normal -> acidose pH acima normal -> alkalose O corpo responde a desequilíbrio ácido-base fazendo compensação, que pode ser completa se o pH do sangue volta ao normal ou parcial se o pH ainda fica fora dos limites.

Problemas Respiratórios Acidose Respiratória é devida a excesso de gás carbônico no sangue (pCO2 é muito alta)‏ Alcalose Respiratória é devida a déficit de gas carbônico no sangue ( pCO2 é muito baixa)‏ Compensação é Renal: Acidose Respiratória o rim excreta prótons Alcalose Respiratória o rim retém prótons/excreta íons hidróxido.

Problemas Metabólicos Acidose Metabólica é devida a redução de bicarbonato no sangue Alcalose Metabólica é devida a excesso de bicarbonato no sangue Compensação é respiratória Acidose metabólica leva a retenção de CO2 com aumento de pCO2 Alcalose metabólica leva a excreção de CO2 com redução da pCO2

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AIRES, M. M. Fisiologia. In: Fisiologia da Respiração. 3ª Edição, Rio de Janeiro, 2008. CONSTANZO, L.S. Fisiologia. cap 5 3ª Edição. Rio de Janeiro, 2007. DEVLIN, T. M. Manual de Bioquímica com Correlações Clínicas. Cap 25. 4ª edição, São Paulo, 1998. GARCIA, E. A. C. Biofísica. São Paulo, 1998. VIEIRA, E.C. et al. Química Fisiológica. São Paulo, 1995.